package com.free.ip.util;

import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.io.RandomAccessFile;
import java.nio.ByteOrder;
import java.nio.MappedByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

import com.free.ip.vo.IPEntry;
import com.free.ip.vo.IPLocation;

public class IPSeeker {
    private static IPSeeker instance;

    // 一些固定常量，比如记录长度等等
    private static final byte REDIRECT_MODE_1 = 0x01;

    private static final byte REDIRECT_MODE_2 = 0x02;

    /**
     * 获取IPSeeker实例的唯一方法。
     *
     * @author YongXia.
     *
     * @since jdk1.6
     * @version 1.0
     *
     * @param fileName
     * @return
     */
    public static IPSeeker getInstance(final String fileName) {
        if (null == IPSeeker.instance) {
            try {
                IPSeeker.instance = new IPSeeker(fileName);
            } catch (Exception e) {
                e.fillInStackTrace();
                IPSeeker.instance = null;
            }
        }

        return IPSeeker.instance;
    }

    private byte[] b3;
    private byte[] b4;

    private byte[] buf;
    // 起始地区的开始和结束的绝对偏移
    private long ipBegin, ipEnd;
    // 用来做为cache，查询一个ip时首先查看cache，以减少不必要的重复查找
    private Map<String, IPLocation> ipCache;
    // 随机文件访问类
    private RandomAccessFile ipFile;
    // 纯真IP数据库名
    private String ipFileName;
    // 为提高效率而采用的临时变量
    private IPLocation loc;
    // 内存映射文件
    private MappedByteBuffer mbb;

    private IPSeeker(final String fileName) {
        this.ipFileName = fileName;
        this.ipCache = new HashMap<String, IPLocation>();
        this.loc = new IPLocation();
        this.buf = new byte[100];
        this.b4 = new byte[4];
        this.b3 = new byte[3];
        try {
            this.ipFile = new RandomAccessFile(this.ipFileName, "r");
            // 如果打开文件成功，读取文件头信息
            if (this.ipFile != null) {
                this.ipBegin = this.readLong4(0);
                this.ipEnd = this.readLong4(4);
                if (this.ipBegin == -1 || this.ipEnd == -1) {
                    this.ipFile.close();
                    this.ipFile = null;
                }

            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.err.println(Constants.MSG_FILE_NOT_FOUND);
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IOException e) {
            System.err.println(Constants.MSG_NOT_AVABLE);
            this.ipFile = null;
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    /**
     * 把两个byte当作无符号数进行比较
     *
     * @param b1
     * @param b2
     * @return 若b1大于b2则返回1，相等返回0，小于返回-1
     */
    private int compareByte(final byte b1, final byte b2) {
        if ((b1 & 0xFF) > (b2 & 0xFF)) // 比较是否大于
            return 1;
        else if ((b1 ^ b2) == 0)// 判断是否相等
            return 0;
        else
            return -1;
    }

    /**
     * 把类成员ip和beginIp比较，注意这个beginIp是big-endian的
     *
     * @param ip
     *            要查询的IP
     * @param beginIp
     *            和被查询IP相比较的IP
     * @return 相等返回0，ip大于beginIp则返回1，小于返回-1。
     */
    private int compareIP(final byte[] ip, final byte[] beginIp) {
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            int r = this.compareByte(ip[i], beginIp[i]);
            if (r != 0)
                return r;
        }
        return 0;
    }

    /**
     * 根据IP得到地区名
     *
     * @param ip
     *            ip的字节数组形式
     * @return 地区名字符串
     */
    private String getArea(final byte[] ip) {
        // 检查ip地址文件是否正常
        if (this.ipFile == null)
            return Constants.MSG_FILE_NOT_FOUND;
        // 保存ip，转换ip字节数组为字符串形式
        String ipStr = Util.getIpStringFromBytes(ip);
        // 先检查cache中是否已经包含有这个ip的结果，没有再搜索文件
        if (this.ipCache.containsKey(ipStr)) {
            IPLocation ipLoc = this.ipCache.get(ipStr);
            return ipLoc.getArea();
        } else {
            IPLocation ipLoc = this.getIPLocation(ip);
            this.ipCache.put(ipStr, ipLoc.getCopy());
            return ipLoc.getArea();
        }
    }

    /**
     * 根据IP得到地区名
     *
     * @param ip
     *            IP的字符串形式
     * @return 地区名字符串
     */
    private String getArea(final String ip) {
        return this.getArea(Util.getIpByteArrayFromString(ip));
    }

    /**
     * 根据IP得到国家名
     *
     * @param ip
     *            ip的字节数组形式
     * @return 国家名字符串
     */
    private String getCountry(final byte[] ip) {
        // 检查ip地址文件是否正常
        if (this.ipFile == null)
            return Constants.MSG_FILE_NOT_FOUND;
        // 保存ip，转换ip字节数组为字符串形式
        String ipStr = Util.getIpStringFromBytes(ip);
        // 先检查cache中是否已经包含有这个ip的结果，没有再搜索文件
        if (this.ipCache.containsKey(ipStr)) {
            IPLocation ipLoc = this.ipCache.get(ipStr);
            return ipLoc.getCountry();
        } else {
            IPLocation ipLoc = this.getIPLocation(ip);
            this.ipCache.put(ipStr, ipLoc.getCopy());
            return ipLoc.getCountry();
        }
    }

    /**
     * 根据IP得到国家名
     *
     * @param ip
     *            IP的字符串形式
     * @return 国家名字符串
     */
    private String getCountry(final String ip) {
        return this.getCountry(Util.getIpByteArrayFromString(ip));
    }

    /**
     * 给定一个地点的不完全名字，得到一系列包含s子串的IP范围记录
     *
     * @param s
     *            地点子串
     * @return 包含IPEntry类型的List
     * @throws IOException
     */
    @SuppressWarnings("unused")
    private List<IPEntry> getIPEntries(final String s) throws IOException {
        List<IPEntry> ret = new ArrayList<IPEntry>();
        // 映射IP信息文件到内存中
        if (this.mbb == null) {
            FileChannel fc = this.ipFile.getChannel();
            this.mbb = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, this.ipFile.length());
            this.mbb.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);
        }

        int endOffset = (int) this.ipEnd;
        for (int offset = (int) this.ipBegin + 4; offset <= endOffset; offset += Constants.IP_RECORD_LENGTH) {
            int temp = this.readInt3(offset);
            if (temp != -1) {
                IPLocation ipLoc = this.getIPLocation(temp);
                // 判断是否这个地点里面包含了s子串，如果包含了，添加这个记录到List中，如果没有，继续
                if (ipLoc.getCountry().indexOf(s) != -1 || ipLoc.getArea().indexOf(s) != -1) {
                    IPEntry entry = new IPEntry();
                    entry.setCountry(ipLoc.getCountry());
                    entry.setArea(ipLoc.getArea());
                    // 得到起始IP
                    this.readIP(offset - 4, this.b4);
                    entry.setBeginIp(Util.getIpStringFromBytes(this.b4));
                    // 得到结束IP
                    this.readIP(temp, this.b4);
                    entry.setEndIp(Util.getIpStringFromBytes(this.b4));
                    // 添加该记录
                    ret.add(entry);
                }
            }
        }
        return ret;
    }

    /**
     * 给定一个地点的不完全名字，得到一系列包含s子串的IP范围记录
     *
     * @param s
     *            地点子串
     * @return 包含IPEntry类型的List
     * @throws IOException
     */
    @SuppressWarnings("unused")
    private List<IPEntry> getIPEntriesDebug(final String s) throws IOException {
        List<IPEntry> ret = new ArrayList<IPEntry>();
        long endOffset = this.ipEnd + 4;
        for (long offset = this.ipBegin + 4; offset <= endOffset; offset += Constants.IP_RECORD_LENGTH) {
            // 读取结束IP偏移
            long temp = this.readLong3(offset);
            // 如果temp不等于-1，读取IP的地点信息
            if (temp != -1) {
                IPLocation ipLoc = this.getIPLocation(temp);
                // 判断是否这个地点里面包含了s子串，如果包含了，添加这个记录到List中，如果没有，继续
                if (ipLoc.getCountry().indexOf(s) != -1 || ipLoc.getArea().indexOf(s) != -1) {
                    IPEntry entry = new IPEntry();
                    entry.setCountry(ipLoc.getCountry());
                    entry.setArea(ipLoc.getArea());
                    // 得到起始IP
                    this.readIP(offset - 4, this.b4);
                    entry.setBeginIp(Util.getIpStringFromBytes(this.b4));
                    // 得到结束IP
                    this.readIP(temp, this.b4);
                    entry.setEndIp(Util.getIpStringFromBytes(this.b4));
                    // 添加该记录
                    ret.add(entry);
                }
            }
        }
        return ret;
    }

    /**
     * 根据ip搜索ip信息文件，得到IPLocation结构，所搜索的ip参数从类成员ip中得到
     *
     * @param ip
     *            要查询的IP
     * @return IPLocation结构
     */
    private IPLocation getIPLocation(final byte[] ip) {
        IPLocation info = null;
        long offset;
        try {
            offset = this.locateIP(ip);
            if (offset != -1) {
                info = this.getIPLocation(offset);
            }
            if (info == null) {
                info = new IPLocation();
                info.setCountry(Constants.MSG_UNKNOW_COUNTRY);
                info.setArea(Constants.MSG_UNKNOW_AREA);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return info;
    }

    /**
     * 给定一个ip国家地区记录的偏移，返回一个IPLocation结构，此方法应用与内存映射文件方式
     *
     * @param offset
     *            国家记录的起始偏移
     * @return IPLocation对象
     */
    private IPLocation getIPLocation(final int offset) {
        // 跳过4字节ip
        this.mbb.position(offset + 4);
        // 读取第一个字节判断是否标志字节
        byte b = this.mbb.get();
        if (b == IPSeeker.REDIRECT_MODE_1) {
            // 读取国家偏移
            int countryOffset = this.readInt3();
            // 跳转至偏移处
            this.mbb.position(countryOffset);
            // 再检查一次标志字节，因为这个时候这个地方仍然可能是个重定向
            b = this.mbb.get();
            if (b == IPSeeker.REDIRECT_MODE_2) {
                this.loc.setCountry(this.readString(this.readInt3()));
                this.mbb.position(countryOffset + 4);
            } else {
                this.loc.setCountry(this.readString(countryOffset));
            }
            // 读取地区标志
            this.loc.setArea(this.readArea(this.mbb.position()));
        } else if (b == IPSeeker.REDIRECT_MODE_2) {
            this.loc.setCountry(this.readString(this.readInt3()));
            this.loc.setArea(this.readArea(offset + 8));
        } else {
            this.loc.setCountry(this.readString(this.mbb.position() - 1));
            this.loc.setArea(this.readArea(this.mbb.position()));
        }
        return this.loc;
    }

    /**
     * 给定一个ip国家地区记录的偏移，返回一个IPLocation结构
     *
     * @param offset
     *            国家记录的起始偏移
     * @return IPLocation对象
     */
    private IPLocation getIPLocation(final long offset) {
        try {
            // 跳过4字节ip
            this.ipFile.seek(offset + 4);
            // 读取第一个字节判断是否标志字节
            byte b = this.ipFile.readByte();
            if (b == IPSeeker.REDIRECT_MODE_1) {
                // 读取国家偏移
                long countryOffset = this.readLong3();
                // 跳转至偏移处
                this.ipFile.seek(countryOffset);
                // 再检查一次标志字节，因为这个时候这个地方仍然可能是个重定向
                b = this.ipFile.readByte();
                if (b == IPSeeker.REDIRECT_MODE_2) {
                    this.loc.setCountry(this.readString(this.readLong3()));
                    this.ipFile.seek(countryOffset + 4);
                } else {
                    this.loc.setCountry(this.readString(countryOffset));
                }
                // 读取地区标志
                this.loc.setArea(this.readArea(this.ipFile.getFilePointer()));
            } else if (b == IPSeeker.REDIRECT_MODE_2) {
                this.loc.setCountry(this.readString(this.readLong3()));
                this.loc.setArea(this.readArea(offset + 8));
            } else {
                this.loc.setCountry(this.readString(this.ipFile.getFilePointer() - 1));
                this.loc.setArea(this.readArea(this.ipFile.getFilePointer()));
            }
            return this.loc;
        } catch (IOException e) {
            return null;
        }
    }

    /**
     * 给定一个IP地址，获取这个IP对应的地址信息.
     *
     * @param ip
     *            需要查找的IP字符串
     * @return 对应的地址信息
     */
    public IPLocation getIPLocation(final String ip) {
        IPLocation location = new IPLocation();
        location.setIp(ip);
        location.setArea(this.getArea(ip));
        location.setCountry(this.getCountry(ip));
        return location;
    }

    /**
     * 得到begin偏移和end偏移中间位置记录的偏移
     *
     * @param begin
     * @param end
     * @return
     */
    private long getMiddleOffset(final long begin, final long end) {
        long records = (end - begin) / Constants.IP_RECORD_LENGTH;
        records >>= 1;
        if (records == 0) {
            records = 1;
        }
        return begin + records * Constants.IP_RECORD_LENGTH;
    }

    /**
     * 这个方法将根据ip的内容，定位到包含这个ip国家地区的记录处，返回一个绝对偏移 方法使用二分法查找。
     *
     * @param ip
     *            要查询的IP
     * @return 如果找到了，返回结束IP的偏移，如果没有找到，返回-1
     * @throws IOException
     */
    private long locateIP(final byte[] ip) throws IOException {
        long m = 0;
        int r;
        // 比较第一个ip项
        this.readIP(this.ipBegin, this.b4);
        r = this.compareIP(ip, this.b4);
        if (r == 0)
            return this.ipBegin;
        else if (r < 0)
            return -1;
        // 开始二分搜索
        for (long i = this.ipBegin, j = this.ipEnd; i < j;) {
            m = this.getMiddleOffset(i, j);
            this.readIP(m, this.b4);
            r = this.compareIP(ip, this.b4);
            // log.debug(Utils.getIpStringFromBytes(b));
            if (r > 0) {
                i = m;
            } else if (r < 0) {
                if (m == j) {
                    j -= Constants.IP_RECORD_LENGTH;
                    m = j;
                } else {
                    j = m;
                }
            } else
                return this.readLong3(m + 4);
        }
        // 如果循环结束了，那么i和j必定是相等的，这个记录为最可能的记录，但是并非
        // 肯定就是，还要检查一下，如果是，就返回结束地址区的绝对偏移
        m = this.readLong3(m + 4);
        this.readIP(m, this.b4);
        r = this.compareIP(ip, this.b4);
        if (r <= 0)
            return m;
        else
            return -1;
    }

    /**
     * @param offset
     *            地区记录的起始偏移
     * @return 地区名字符串
     */
    private String readArea(final int offset) {
        this.mbb.position(offset);
        byte b = this.mbb.get();
        if (b == IPSeeker.REDIRECT_MODE_1 || b == IPSeeker.REDIRECT_MODE_2) {
            int areaOffset = this.readInt3();
            if (areaOffset == 0)
                return Constants.MSG_UNKNOW_AREA;
            else
                return this.readString(areaOffset);
        } else
            return this.readString(offset);
    }

    /**
     * 从offset偏移开始解析后面的字节，读出一个地区名
     *
     * @param offset
     *            地区记录的起始偏移
     * @return 地区名字符串
     * @throws IOException
     */
    private String readArea(final long offset) throws IOException {
        this.ipFile.seek(offset);
        byte b = this.ipFile.readByte();
        if (b == IPSeeker.REDIRECT_MODE_1 || b == IPSeeker.REDIRECT_MODE_2) {
            long areaOffset = this.readLong3(offset + 1);
            if (areaOffset == 0)
                return Constants.MSG_UNKNOW_AREA;
            else
                return this.readString(areaOffset);
        } else
            return this.readString(offset);
    }

    /**
     * 从内存映射文件的当前位置开始的3个字节读取一个int
     *
     * @return
     */
    private int readInt3() {
        return this.mbb.getInt() & 0x00FFFFFF;
    }

    /**
     * 从内存映射文件的offset位置开始的3个字节读取一个int
     *
     * @param offset
     * @return
     */
    private int readInt3(final int offset) {
        this.mbb.position(offset);
        return this.mbb.getInt() & 0x00FFFFFF;
    }

    /**
     * 从offset位置读取四个字节的ip地址放入ip数组中，读取后的ip为big-endian格式，但是
     * 文件中是little-endian形式，将会进行转换
     *
     * @param offset
     * @param ip
     */
    private void readIP(final int offset, final byte[] ip) {
        this.mbb.position(offset);
        this.mbb.get(ip);
        byte temp = ip[0];
        ip[0] = ip[3];
        ip[3] = temp;
        temp = ip[1];
        ip[1] = ip[2];
        ip[2] = temp;
    }

    /**
     * 从offset位置读取四个字节的ip地址放入ip数组中，读取后的ip为big-endian格式，但是
     * 文件中是little-endian形式，将会进行转换
     *
     * @param offset
     * @param ip
     * @throws IOException
     */
    private void readIP(final long offset, final byte[] ip) throws IOException {
        this.ipFile.seek(offset);
        this.ipFile.readFully(ip);
        byte temp = ip[0];
        ip[0] = ip[3];
        ip[3] = temp;
        temp = ip[1];
        ip[1] = ip[2];
        ip[2] = temp;
    }

    /**
     * 从当前位置读取3个字节转换成long
     *
     * @return 读取的long值，返回-1表示读取文件失败
     */
    private long readLong3() {
        long ret = 0;
        try {
            this.ipFile.readFully(this.b3);
            ret |= this.b3[0] & 0xFF;
            ret |= this.b3[1] << 8 & 0xFF00;
            ret |= this.b3[2] << 16 & 0xFF0000;
            return ret;
        } catch (IOException e) {
            return -1;
        }
    }

    /**
     * 从offset位置读取3个字节为一个long，因为java为big-endian格式，所以没办法 用了这么一个函数来做转换
     *
     * @param offset
     *            整数的起始偏移
     * @return 读取的long值，返回-1表示读取文件失败
     */
    private long readLong3(final long offset) {
        long ret = 0;
        try {
            this.ipFile.seek(offset);
            this.ipFile.readFully(this.b3);
            ret |= this.b3[0] & 0xFF;
            ret |= this.b3[1] << 8 & 0xFF00;
            ret |= this.b3[2] << 16 & 0xFF0000;
            return ret;
        } catch (IOException e) {
            return -1;
        }
    }

    /**
     * 从offset位置读取4个字节为一个long，因为java为big-endian格式，所以没办法 用了这么一个函数来做转换
     *
     * @param offset
     * @return 读取的long值，返回-1表示读取文件失败
     */
    private long readLong4(final long offset) {
        long ret = 0;
        try {
            this.ipFile.seek(offset);
            ret |= this.ipFile.readByte() & 0xFF;
            ret |= this.ipFile.readByte() << 8 & 0xFF00;
            ret |= this.ipFile.readByte() << 16 & 0xFF0000;
            ret |= this.ipFile.readByte() << 24 & 0xFF000000;
            return ret;
        } catch (IOException e) {
            return -1;
        }
    }

    /**
     * 从内存映射文件的offset位置得到一个0结尾字符串
     *
     * @param offset
     *            字符串起始偏移
     * @return 读取的字符串，出错返回空字符串
     */
    private String readString(final int offset) {
        this.mbb.position(offset);
        int i = 0;
        byte[] buf = new byte[100];
        try {
            while ((buf[i] = this.ipFile.readByte()) != 0) {
                ++i;
                if (i >= buf.length) {
                    byte[] tmp = new byte[i + 100];
                    System.arraycopy(buf, 0, tmp, 0, i);
                    buf = tmp;
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return i != 0 ? Util.getString(this.buf, 0, i, Constants.ENCODING_DEFAULT) : null;
    }

    /**
     * 从offset偏移处读取一个以0结束的字符串
     *
     * @param offset
     *            字符串起始偏移
     * @return 读取的字符串，出错返回空字符串
     * @throws IOException
     */
    private String readString(final long offset) throws IOException {
        this.ipFile.seek(offset);
        int i;
        for (i = 0, this.buf[i] = this.ipFile.readByte(); this.buf[i] != 0; this.buf[++i] = this.ipFile.readByte()) {
            ;
        }

        return i != 0 ? Util.getString(this.buf, 0, i, Constants.ENCODING_DEFAULT) : null;
    }
}
